淺議水工環(huán)地質(zhì)工作的趨勢與展望

水工環(huán)地質(zhì)是水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)的統(tǒng)稱，是地學(xué)研究領(lǐng)域的重 要組成部分。其中工程地質(zhì)學(xué)在20 世紀(jì)20 年代在地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上開始發(fā)展，而今 已成為一門理論基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、研究內(nèi)容豐富、與工程建設(shè)及人類環(huán)境密切相關(guān)、且 具有各分支學(xué)科、應(yīng)用性很強(qiáng)的地學(xué)學(xué)科。

一、工程地質(zhì)學(xué)的涵義

工程地質(zhì)學(xué)（engineering geology）是研究與人類工程建筑等活動有關(guān)的地 質(zhì)問題的學(xué)科，它是地質(zhì)學(xué)的一個分支。工程地質(zhì)學(xué)的研究目的在于查明建設(shè)地 區(qū)或建筑場地的工程地質(zhì)條件，分析、預(yù)測和評價可能存在和發(fā)生的工程地質(zhì)問 題及其對建筑物和地質(zhì)環(huán)境的影響和危害，提出防治不良地質(zhì)現(xiàn)象的措施，為保 證工程建設(shè)的合理規(guī)劃以及建筑物的正確設(shè)計(jì)、順利施工和正常使用，提供可靠 的地質(zhì)科學(xué)依據(jù)。

二、我國水工環(huán)地質(zhì)工作的研究現(xiàn)狀

經(jīng)過盡60 年的發(fā)展，我國工程地質(zhì)學(xué)已成一門研究內(nèi)容豐富、理論體系嚴(yán) 謹(jǐn)，具有中國特色的綜合性學(xué)科，并且是國際工程地質(zhì)界的重要一員。我國工程 地質(zhì)學(xué)家的研究領(lǐng)域廣闊，主要有巖土工程特性研究和巖體工程地質(zhì)力學(xué)創(chuàng)立、區(qū)域工程地質(zhì)和區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究、環(huán)境工程地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害研究、特殊土結(jié)構(gòu)和工程特性研究以及工程地質(zhì)勘查的理論和技術(shù)方法等方面。

（1）巖土工程特征研究和巖體工程地質(zhì)力學(xué)的創(chuàng)立

地基、邊坡和地下工程圍巖的變性破壞問題使工程地質(zhì)學(xué)家與巖石力學(xué)家、土木工程師們開始關(guān)注對巖體介質(zhì)特性的研究，認(rèn)識到巖體與巖石是既有著本質(zhì) 區(qū)別又相互聯(lián)系的介質(zhì)。著名工程地質(zhì)學(xué)家谷德振和他的同事們在一系列，巖體 工程勘察中，發(fā)現(xiàn)巖體的力學(xué)性質(zhì)和行為主要受控于軟弱結(jié)構(gòu)面的展布，包括層 面、斷裂面、節(jié)理、片理等，使巖體成為非連接、非均質(zhì)、各向異性的介質(zhì)。在國際上獨(dú)樹一幟。20 世紀(jì)80 年代中期以來，在中國科學(xué)院地質(zhì)研究所 設(shè)立了工程地質(zhì)力學(xué)開放研究實(shí)驗(yàn)室，吸收國內(nèi)學(xué)者共同協(xié)作，開展工程地質(zhì)前 沿課題和生產(chǎn)上需要解決的問題的研究工作，每次學(xué)術(shù)委員會上都要討論工程地 質(zhì)學(xué)的趨勢和應(yīng)制定的科研方向。無形中成為我國工程地質(zhì)學(xué)的研究中心，推動 著我國工程地質(zhì)學(xué)的不斷發(fā)展。

（2）區(qū)域工程地質(zhì)和區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究

受地質(zhì)和自然地理?xiàng)l件制約，區(qū)域工程地質(zhì)條件復(fù)雜，對區(qū)域工程地質(zhì)的研 究對國土資源開發(fā)利用、工程規(guī)劃布置以及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)等意義重大。20 世紀(jì) 50 年代末，劉國昌、張咸恭、姜達(dá)權(quán)等就開展了此項(xiàng)研究工作，出版專著和編 制全國工程地質(zhì)分區(qū)圖。幾十年來，各大河流域、部分省區(qū)和西南、西北山區(qū)都開展了較系統(tǒng)的區(qū)域工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)研究，積累了豐富的資料。經(jīng)過數(shù)年的 努力，于1990 年首次出版了1：400 萬《中國工程地質(zhì)圖及說明書》，1992 年出 版了1：600 萬《中國環(huán)境地質(zhì)圖系》。這些成果標(biāo)志著我國區(qū)域工程地質(zhì)環(huán)境研 究取得了豐碩的成果。20 世紀(jì)50 年代末，我國學(xué)者谷德振和劉國昌倡導(dǎo)研究\"區(qū)域地殼穩(wěn)定性\"，指出區(qū)域地殼穩(wěn)定性是巖石圈內(nèi)正在進(jìn)行的地質(zhì)、地球物理作用對地殼表層及工 程建筑安全的影響，即地殼現(xiàn)代活動對工程安全的影響程度。其研究思路是以地 質(zhì)力學(xué)理論為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)以地質(zhì)構(gòu)造研究為基礎(chǔ)，以斷裂活動性、現(xiàn)代地應(yīng)力場 和地震活動性為主要研究內(nèi)容，最終進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性分級，分區(qū)和評價。在該研 究領(lǐng)域，胡海濤等依據(jù)李四光的\"安全島\"思想，指導(dǎo)重大工程場址的選擇，取 得了重要成果。例如，二灘水電站和大亞灣核電站的成功選址即是。區(qū)域地殼穩(wěn) 定性研究對我國工程地質(zhì)勘察來說，具有特殊的意義，這也是具有中國特色，且在國際上處于領(lǐng)先地位的研究領(lǐng)域。

（3）環(huán)境工程地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害的研究

環(huán)境工程地址是現(xiàn)代工程地質(zhì)學(xué)的一個分支，是研究由于人類工程-經(jīng)濟(jì)活 動所引起的區(qū)域性和危害人類及工程安全的工程作用的產(chǎn)生機(jī)制和條件并進(jìn)行 預(yù)測和防治，這些作用是誘發(fā)地震、地面沉降、地面塌陷、土地荒漠化、滑坡、泥石流等。我國正式研究環(huán)境工程地質(zhì)始自20 世紀(jì)60 年代的新豐江水庫誘發(fā)地 震和上海的地面沉降。80 年代初以來，共召開了四次全國性的環(huán)境工程地質(zhì)學(xué) 術(shù)討論會，涉及的內(nèi)容豐富多彩，有些研究成果在國際上處于先進(jìn)地位。對上海 地面沉降的防治，區(qū)域性滑坡預(yù)測模型。1995 年劉傳正出版了《環(huán)境工程地質(zhì) 學(xué)導(dǎo)論》，全面論述了環(huán)境工程地址理論體系，基本研究內(nèi)容以及各類環(huán)境工程 地質(zhì)作用研究的內(nèi)容和方法，展示了環(huán)境工程地質(zhì)的前景。與環(huán)境工程地質(zhì)相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害的研究，也主要由工程地質(zhì)界承擔(dān)的。近十 多年來，對危及人類和工程安全的各種地質(zhì)災(zāi)害，都進(jìn)行了廣泛而深入的研究。1989 年 1 月召開的全國地質(zhì)災(zāi)害防治工作會議期間，成立了主要由工程地質(zhì)學(xué) 家參加的全國地質(zhì)災(zāi)害研究會，次年又創(chuàng)辦了《中國地質(zhì)災(zāi)害及防治學(xué)報》，對 地質(zhì)災(zāi)害的研究起了促進(jìn)作用，對地質(zhì)災(zāi)害的分類，形成機(jī)制、分布規(guī)律，預(yù)測 方法及防治對策與措施等研究成果，及時在學(xué)報上開展交流。90 年代還編制了 中國地質(zhì)災(zāi)害類型圖，出版了段永侯等的專著《中國地質(zhì)災(zāi)害》。眾多的研究成 果及著作，還有具體防治工程的成功，確立了我國在這一領(lǐng)域的國際地位。

三、我國水工環(huán)地質(zhì)工作的發(fā)展趨勢

在 21 世紀(jì)上半葉，根據(jù)我國的發(fā)展戰(zhàn)略，將大大提高綜合國力，加速現(xiàn)代 化建設(shè)。為保持較快的穩(wěn)步發(fā)展速度，在能源、交通、現(xiàn)代城市化建設(shè)和礦產(chǎn)資 源開發(fā)方面將要有更大、更快發(fā)展。同時，為了實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要重視環(huán) 境保護(hù)，加強(qiáng)自然災(zāi)害的防治。我國的工程地質(zhì)學(xué)應(yīng)重點(diǎn)解決好環(huán)境工程地質(zhì)、災(zāi)害防治等方面的問題以及復(fù)雜地質(zhì)體建模理論技術(shù)、崩滑地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理等 工程地質(zhì)方面的理論與技術(shù)的發(fā)展。

今后工程地質(zhì)學(xué)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展的理論與技術(shù)有：

（1）復(fù)雜地質(zhì)體的建模理論與技術(shù)研究，深化開挖卸荷條件下節(jié)理巖體的 力學(xué)響應(yīng)及其地質(zhì)-力學(xué)模型、深埋（埋深 1000-2000）條件下巖溶介質(zhì)的地質(zhì)-（水動）力學(xué)模型和強(qiáng)震條件下水-巖力學(xué)作用模型及工程巖體穩(wěn)定性的研究工 作。

（2）崩滑地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理及其非線性評價預(yù)測理論，加強(qiáng)災(zāi)害性地質(zhì)過 程的非線性及全息預(yù)報系統(tǒng)理論研究。即以系統(tǒng)工程和信息工程理論為基礎(chǔ)，針 對地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和信息源的復(fù)雜性，充分考慮地質(zhì)體可能發(fā)出的各種信息，采用信 息工程理論對多源復(fù)雜信息進(jìn)行加工處理，再將傳統(tǒng)的確定性預(yù)測方法和處理復(fù) 雜系統(tǒng)與探索復(fù)雜性的非線性理論有機(jī)結(jié)合，建立災(zāi)害性地質(zhì)過程的全息預(yù)報系 統(tǒng)理論。

（3）新一代地質(zhì)災(zāi)害評價與防治理論-地質(zhì)災(zāi)害過程模擬與過程控制，全過 程動態(tài)模擬的主攻關(guān)鍵問題是復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)體的三維描述、基于復(fù)合材料的復(fù)雜 介質(zhì)體結(jié)構(gòu)模型、崩滑地質(zhì)災(zāi)害全過程的數(shù)學(xué)-力學(xué)描述及結(jié)構(gòu)關(guān)系（重點(diǎn)是大 變形描述理論和變形耦合理論）、全過程模擬的數(shù)學(xué)力學(xué)算法，關(guān)鍵是三維算法 及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、治理工程的模擬及動態(tài)優(yōu)化理論和全過程模擬的成本成像技術(shù)。

（4）高精度工程地質(zhì)解釋系統(tǒng)，基本構(gòu)架包括三維地質(zhì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、二維和三維地質(zhì)資料分析處理及成圖、人機(jī)聯(lián)作數(shù)據(jù)-圖形分析處理系統(tǒng)、高精 度層析成像技術(shù)和高精度定量分析預(yù)測技術(shù)。

（5）災(zāi)害評價與預(yù)測的 3S 技術(shù)，3S 手段特別適用于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害及地質(zhì) 環(huán)境的評價與管理決策，這方面研究在國內(nèi)外地學(xué)研究領(lǐng)域中尚屬起步階段。3S 技術(shù)核心是地理信息系統(tǒng)GIS，在環(huán)境工程地質(zhì)領(lǐng)域GIS 技術(shù)應(yīng)用于空間環(huán)境、災(zāi)害、工程地質(zhì)信息系統(tǒng)及數(shù)字制圖，建立地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價與管理系統(tǒng)以 及建立地質(zhì)災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測、評價與空間預(yù)測系統(tǒng)。綜上所述，隨著人類工程建設(shè)事業(yè)以及有關(guān)的科學(xué)理論和技術(shù)的迅速發(fā)展，工程地質(zhì)研究不僅在廣度上正在開辟新的、更加廣闊的領(lǐng)域，在深度上也將進(jìn)入 一個新的境界，而且工程地質(zhì)學(xué)理論也將會與有關(guān)的學(xué)科理論相聯(lián)系、交叉，形 成新的獨(dú)立學(xué)科。